实用工测2水准测量.ppt

实用工程测量,第2章 水准测量,2.1 水准测量的原理 2.2 水准测量仪器及工具 2.3 水准仪的使用 2.4 水准测量外业 2.5 水准测量校核 2.6 水准测量内业计算 2.7 水准测量检验与校正 2.8 水准测量误差的分析 2.9 几种新式水准仪简介,实用工程测量,高差是确定地面点位的三要素之一，一般是通过测量高差进而求得点的高程。,水准测量是精密测量地面点高程最主要的方法。本章重点介绍水准测量的原理、水准仪的基本构造和使用、水准测量外业和内业以及水准仪的检验与校正等内容。,实用工程测量,2.1 水准测量的原理,利用仪器提供的水平视线，在两根直立的尺子上获取读数，来求得该两立尺点间的高差，然后推算高程。,hAB = a-b HB = HA + hAB,hAB有正负之分，hAB为正,说明B点比A点高，反之说明B点比A点低。,A,B,后视读数,前视读数,实用工程测量,高差法,巳知某点的高程，观测两点间高差求另一点高程的方法叫高差法。 高差法的计算测点高程公式为： HB=HA+ hAB 此法适用于由一已知点推算某一待定高程点的情况（例如路线工程测量）。,实用工程测量,仪高法,在实际工作中，如要求安置一次仪器测出若干个前视点待定高程（例如平整土地测量），此时可采用仪高法，即通过水准仪的视线高程Hi计算待定点B的高程HB。当安置仪器后，读已知后视点读数a，从图中可看出水准仪的视线高程Hi 为,待定点高程= 仪器视线高程Hi - 前视读数b,则待定点1的高程 H1=Hi -b1 待定点2的高程 H2=Hi -b2,Hi=HA+a,实用工程测量,2.2 水准测量的仪器与工具,1.水准仪的分类 按精度分：DS05、DS1、DS3、DS10共4级。 (“D”和“S”分别表示为“大地测量”和“水准仪”，其后的数字表示每公里测量高差中误差为0.5mm、1mm、3mm和10mm ) 按构造分：微倾式水准仪、自动安平 水准仪、 激光水准仪和数字水准仪。,3. 水准尺与尺垫 水准测量时还需配套的工具有水准尺和尺垫。,2. 微倾式水准仪构造 望远镜、水准器、托板、基座共4部分。,实用工程测量,自动安平水准仪,数字水准仪,水准仪分类,激光水准仪,微倾水准仪,实用工程测量,水准仪构造：望远镜、水准器（水准管与圆水准器）、 托板与基座,实用工程测量,S3级水准仪各部件名称,实用工程测量,望远镜,由物镜、目镜、对光凹透镜、十字丝组成,下图为望远镜成像光路图,视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。,实用工程测量,水准器,圆水准器 （粗平用）,水准管 （精平用）,管水准器用来指示视准轴是否水平，圆水准器用来指示仪器竖轴是否竖直。,管水准器,圆水准器,实用工程测量,水准管零点：水准管圆弧上分划的对称中心。 水准管轴：通过水准管零点所作水准管圆弧的纵切线，称为水准管轴，用LL表示。,水准管,式中： -2mm所对的圆心角，单位秒（） =206265 R-水准管圆弧半径，单位毫米（mm）,水准管分划值：2mm弧长所对的圆心角称为水准管分划值。,即,实用工程测量,圆水准器零点：分划圈中心 圆水准轴：即通过水准器零点所作球面的法线。 用LL表示。 当气泡居中时，圆水准器轴竖直，此时仪器竖轴处于竖直位置。 DS3型水准仪圆水准器分划值为8/2mm，分划值大，故精度低，只能用于粗平。,L,L,圆水准器,实用工程测量,水准尺与尺垫,双面水准尺,塔尺,使用时水准尺安放在尺垫的半球突出顶上,实用工程测量,2.3 水准仪的使用,1. 测站安置 (1)安置仪器 (2)粗略整平（粗平） 操作演示 2. 瞄准水准尺 目镜对光，使十字丝清晰 物镜对光，使目标清晰，并消除视差 3. 精平与读数 精平 读数,实用工程测量,用圆水准器进行粗平,左手大拇指的运动方向和气泡运动的方向一致。,通过水准器零点与1、2两脚螺旋连线的垂线上,实用工程测量,粗平的另一种操作法,第1步：先旋转脚螺旋，使气泡a 向刻划圆圈移动，实际移到b处,第2步：再用两手转脚螺旋、， 使气泡居中。 反复操作使气泡完全居中。,实用工程测量,视差现象,视差产生的原理,实用工程测量,消除视差的步骤：,1、调 目镜螺旋 使十字丝清晰；,2、反复调 对光螺旋 使目标的像与十字丝平面重 合，眼睛上下观察两者没有错动现象为止。,实用工程测量,精确调平视线（精平）,用微倾螺旋精确调平视线,微倾螺旋,实用工程测量,水准尺读数1,实用工程测量,水准尺读数2,实用工程测量,水准仪使用步骤及注意事项,1. 测站安置 安置仪器:用中心螺旋把仪器与三脚架相连 粗略整平（粗平）：用脚螺旋 2. 瞄准水准尺 目镜对光，使十字丝清晰 物镜对光，使目标清晰，并消除视差 3. 精平：使用微倾螺旋，使水准管气泡居中 4. 读数：用十字丝横丝在尺上读数，从小到大读,实用工程测量,2.4 水准测量外业,1. 水准点 测绘部门在全国各地埋设并测定的高程点称水准点，用BM（Bench Mark）表示。分永久性与临时性2种。,永久水准点,临时水准点,实用工程测量,通常待定点离水准点较远或高差很大，就需要连续多次安置仪器才能测定两点高差，例如下图：,第1站 ：hA1 =a1- b1 第2站 ：h12 =a2- b2 第3站 ：h23 =a3- b3 . 第n站 ：hnB =an- bn - h=hAB =a -b 已知HA，则 HB=HA+h,2. 水准测量外业 （复合水准测量）,测站：安置仪器的位置称为测站 转点：两站之间的立尺点，仅起高程传递作用，称为转点。,实用工程测量,1,A,1852,TP1,0658,+1.194,2,1672,TP2,1360,+0.312,水准测量外业动画,实用工程测量,a4,b4,TP3,测站,测点,水 准 尺 读 数,后 尺 (a),前尺(b),高差(m),高程(m),1,A,1852,TP1,0658,+1.194,2,1672,TP2,1360,+0.312,3,1029,TP3,1472,-0.443,4,1754,B,1396,+0.358,71.632,73.053,实用工程测量,BMA,已知临时水准点BMA点高程HA=50.000m, 求P点的高程。,往测,水准测量实习外业与内业,由临时水准点BMA，测未知点P，往测两站，返测两站。,实用工程测量,BMA,往测,实用工程测量,BMA,返测,实用工程测量,已知临时水准点BMA高程HA=50.000m,求P点的高程。,返测,水准测量记录表.doc ,外业结束，每人在室内独立进行内业计算,实用工程测量,2. 测站检核： (1)变动仪器高法： 在同一测站上用两次不同的仪器高度，测得两次高差进行校核，即第一次测得高差之后，改变仪器高度重新安置，再测一次。两次测量高差之差不大于8mm（对等外水准测量）。,2.5 水准测量的检核方法,1. 计算检核： 一测站观测1次时：,一测站观测2次时：,实用工程测量,黑面求得高差=红面求得高差0.1m (后视尺为4.687，取“+”号， 后视尺为4.787，取“-” 号) 红黑双面求得高差不得超过容许值，四等水准不得超过5mm，等外水准可放宽至8mm。,在同一测站，仪器高度不变，黑面测得高差与红面测得高差应相等。配对的双面水准尺，红面起点不是0，一根是4.687m，另一根是4.787m， 所以求得高差还须0.1m ，才是地面的实际高差。即,(2)双面尺法 ：,实用工程测量,红黑双面水准尺,一对双面水准尺，红面起点一根为4.687m，另一根为4.787m。,实用工程测量,从一水准点BM A出发，沿各待定高程点逐站进行水准测 量，最后附合到另一水准点BM B上。,若等号两边不相等，则附合水准路线的高差闭合差fh为,限差为：,(1)附合水准路线,附合水准路线的检核条件为,2. 成果检核：附合水准路线 闭合水准路线 支水准路线,式中 ：L为路线的总长度（公里为单位）。 n为路线上总测站数，闭合差容许值的单位为毫米。,实用工程测量,从水准点BMA出发，沿环线逐站进行水准测量，经过各高程待定点，最后返回BMA点，称为闭合水准路线。 限差同符合水准路线。,(2)闭合水准路线,若从一水准点出发，既没有符合到另一水准点，也没有闭合到原来的水准点，就称其为支水准路线。,返回,(3)支水准路线,对于支水准路线其高差闭合差的计算公式为 ：,实用工程测量,表2-2 水准测量记录表（双仪高法） P.19,11.691,11.691,实用工程测量,实用工程测量,2.6水准测量内业：附合水准路线高程的计算（附图）,8.813,0.034,8.847,20,48.646,BM2,4.653,0.008,4.661,5,43.993,3,2.752,0.007,2.745,4,46.745,2,1.438,0.005,1.433,3,48.183,1,8.350,0.014,8.364,8,39.833,BM1,改正值,观测值,高程,改正后的高差,高 差,测站数,点号,fh=（8.3641.4332.745+4.661)-(48.646-39.833) = 8.847-8.813=+ 34mm,=54 mm,h3=7 mm,h2=5 mm,改正值公式：,h4=8 mm,实用工程测量,BM1,BM2,1,2,3,39.833m,48.646m,n=8 h=+8.364,n=3 h=-1.443,n=4 h=-2.745,n=5 h=+4.661,附合水准路线草图,实用工程测量,CC LL VV L1L1 十字丝横丝 VV,2.7 水准仪的检验与校正 水准仪结构应该满足的几何条件：,实用工程测量,1. 圆水准轴平行仪器竖轴的检验与校正,(1)目的：L LVV (2)检验：把仪器安置好，并用脚螺旋将气泡居中，然后将仪器旋转 180 ，看气泡是否居中，如果气泡仍居中，则条件满足，否则，条件不满足。,实用工程测量,（3）校正,调整其周围的3个校正螺钉，使气泡向居中位置移动偏离量的一半，如下图所示。此时圆水准器轴LL 平行于仪器竖轴VV ；,首先稍松位于圆水准器下面中间的固紧螺钉；,再用脚螺旋整平，使圆水准器气泡居中，竖轴VV与圆水准器轴LL同时处于竖直位置。 校正工作一般需反复进行，直至仪器转到任何位置气泡均为居中为止，最后应旋紧固定螺钉。,实用工程测量,将仪器整平后，用十字丝一端对准水平方向某一清晰目标。用水平微动慢慢转动望远镜，当目标移动到十字丝交点从一端移到另一端时，看目标是否始终在十字丝上。,2. 十字丝横丝垂直于仪器竖轴检验与校正,瞄准一点,望远镜水平转动后现象,十字丝无误差清况,实用工程测量,将仪器安置在某两固定点中间。测出它们之间的正确高 差。,A,B,a,b,x,x,hAB正= a b =(a x) (b x)=ab,D后 = D前,i,i,3. 水准管轴平行于视准轴的检验与校正,(2)检验：,(1)目的：LLCC,hAB正,实用工程测量,将仪器放到某一立尺点（A）附近处，此时前后视距不相等，在两尺上读数分别为a 、b ，A、B两点的高差 hAB 为：,A,B,a“,b“,即 hAB= a b,b正,如果 hAB hAB正 说明视准轴/水准管轴，没有i角误差 hAB hAB正 说明存在i角误差，其值为,式中：h= hAB- hAB正= =206265,hAB,D,d,i,实用工程测量,当i20时，就须校正。校正时首先要求出正确的前视读数b正。,A,B,a“,b“,b正,hAB 正= a“ -b正 b正=a“ hAB正,微倾螺旋,(3)校正,A、B的正确高差,正确的前视读数b正,hAB正,实用工程测量,转动微倾螺旋使横丝对准b正，此时水准管气泡必定偏歪。,A,B,a“,b正,hAB = a-b b正=a“ hAB正,微倾螺旋,hAB正,实用工程测量,视线对准正确读数时，气泡必偏歪，用校正针拨校正螺丝使符合水准管气泡居中。 具体操作应注意：先松左右校正螺丝，然后一松一紧上下的校正螺丝，使气泡居中。,实用工程测量,2.8 水准测量误差的分析,仪器误差主要是指水准仪经检验校正后的残余误差和水准尺误差两部分。,1.仪器误差,(1)校正后的残余误差 水准仪经检验校正后的残余误差，主要表现为水准管轴与视准轴不平行，虽然经校正但仍然残存的少量误差等。这种误差的影响与距离成正比，观测时若保证前后视距大致相等，便可消除或减弱此项误差的影响。这就是水准测量时为什么要求前后视距相等的重要原因。,水准测量的误差包括水准仪本身的仪器误差、人为的观测误差以及外界条件的影响三个方面。,实用工程测量,(2)水准尺误差 由于水准尺的刻划不准确，尺长发生变化、弯曲等，会影响水准测量的精度，因此，水准尺须经过检验符合要求后，才能使用。有些尺子的底部可能存在零点差，可在一水准测段中使用测站数为偶数的方法予以消除。,2.观测误差,(1)水准管气泡居中误差：0.15（ 水准管分划值） (2)水准尺估读误差：此项误差与望远镜的放大倍率和视距长 度有关。 (3)视差影响：当存在视差时，由于水准尺影像与十字丝分划板平面不重合，若眼睛观察的位置不同，便读出不同的读数，因而会产生读数误差。所以，观测时应注意消除视差。 (4)水准尺倾斜误差：水准尺倾斜将使尺上的读数增大，且视线离地面越高，读取的数据误差就越大。例如水准尺倾斜3.5，在水准尺1m处读数时，将产生2mm的误差。,实用工程测量,(1)仪器下沉和尺垫下沉 在土质较松软的地面上进行水准测量时，易引起仪器和尺垫的下沉。,3. 外界条件的影响,仪器下沉： 可能使观测视线降低，造成测量高差的误差，若采用“后-前-前-后”的观测顺序可减弱其影响。仪器放在坚实地面，仪器踏实。,尺垫下沉： 转点处的尺垫，尺垫下沉使下一测站的后视读数增大，高差增大，造成高程传递误差。为此，实际测量时，转点设在坚实地面，尺垫要踏实。,实用工程测量,(3)温度影响 温度的变化不仅引起大气折光的变化，而且仪器受到烈日的照射，水准管气泡将产生偏移，影响仪器的水平，从而产生气泡居中的误差。因此，观测时应注意撑伞遮阳，避免阳光直接照射。,(2)地球曲率和大气折光的影响 若使前后视距相等，地球曲率和大气折光的影响将得到消除或大大减弱。,